WO1996017383A1 - Zum aufnehmen von elektronischen und/oder mikromechanischen bauteilen bestimmtes gehäuse aus einem kunststoff, in welches leiterbahnen hineinführen - Google Patents

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Definitions

  • Housing made of a plastic intended for receiving electronic and / or micromechanical components, into which conductor tracks lead
  • the invention is concerned with a housing made of a thermoplastic material for receiving electronic and / or micromechanical components, into which metallic conductor tracks lead, which are injected into a wall of the housing for this purpose.
  • housings must be hermetically sealed.
  • a critical point for sealing the housing is the passage of conductor tracks through a housing wall into the housing.
  • Such conductor tracks are often prefabricated as lead frames from a metal strip, for example from a copper strip coated with aluminum, placed in an injection mold in which a housing part is injection molded, and in this way partially encapsulated with plastic. Problems arise from the fact that metals and plastics differ significantly in the coefficient of thermal expansion.
  • thermoplastic materials typically have an expansion coefficient between 20 x 10 " 6 and 30 x 10 "6 / ° K.
  • thermal loads on the housing that can occur not only under certain conditions of use mechanical stresses build up in the plastic during production, especially when curing adhesives and soldering components with the injected conductor tracks.
  • the plastic pushes itself over the metallic conductor tracks due to the thermal stress Detachment of the plastic from the metal, which is usually not a problem, since the gap is narrow enough to ensure sufficient tightness, but it is also possible that the plastic tears across the conductor path, which gives access to the gap between the conductor path and the Plastic are created that result in leaks.
  • thermoplastic plastics which are filled with glass fibers to increase the mechanical and thermal stability, usually have an anisotropic coefficient of thermal expansion, so that a perfect adaptation to the thermal expansion coefficient of the conductor is not possible anyway.
  • thermoplastic with which the conductor tracks are extrusion-coated is selected according to the fact that it has the highest possible flexural strength.
  • thermoplastic whose bending strength is at least 200 MPa, preferably more than 250 MPa.
  • high values for the flexural strength are found in particular in high-temperature-resistant thermoplastics such as PPS.
  • Thermoplastic hard plastics based on PPS are therefore preferred.
  • Glass-filled PPS which is available from PHILLIPS under the trade name RYTON R4XT, has proven particularly suitable.
  • This material is characterized by a bending strength of 265 MPa, determined according to ASTM D695-69.
  • Plastics filled with glass fibers, in which the glass fibers are distributed as isotropically as possible, are particularly preferred in order to avoid anisotropy of the coefficient of thermal expansion and at the same time to achieve a high flexural strength.
  • An advantage of the invention is that when selecting a thermoplastic with a high flexural strength, one can even do without adapting the coefficient of thermal expansion of the plastic to that of the metallic conductor, and still ensure tightly injected conductor tracks.
  • the attached drawing shows in section a part of a housing wall made of a dimensionally stable plastic, in which a conductor track is embedded, which is partially overmolded with plastic in a layer thickness of only 0.4 mm.
  • a plastic with a bending strength of 190 MPa could after soldering on components and after sealing the housing, leaks due to microcracks in the 0.4 mm thick plastic layer can still be observed.
  • a glass-filled PPS plastic with a bending strength of 265 MPa such microcracks were no longer observed.
  • the investigations were carried out on oil-filled housings for a micromechanical acceleration sensor.
  • PPS polyphenylene sulfide

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Abstract

Zum Aufnehmen von elektronischen und/oder mikromechanischen Bauteilen bestimmtes Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff, in welches metallische Leiterbahnen hineinführen, die zu diesem Zweck in eine Wand des Gehäuses eingespritzt sind. Der Kunststoff hat eine Biegefestigkeit von wenigstens 200 MPa.

Description

Zum Aufnehmen von elektronischen und/oder mikromechanischen Bauteilen bestimmtes Ge¬ häuse aus einem Kunststoff, in welches Leiter¬ bahnen hineinführen
Beschreibung:
Die Erfindung befaßt sich mit einem zum Aufnehmen von elektronischen und/oder mikromechanischen Bauteilen bestimmten Gehäuse aus einem thermoplasti¬ schen Kunststoff, in welches metallische Leiterbahnen hineinführen, die zu die- sem Zweck in eine Wand des Gehäuses eingespritzt sind. Bei einigen Anwen¬ dungen müssen solche Gehäuse hermetisch dicht sein. Eine kritische Stelle für die Abdichtung des Gehäuses ist die Durchführung von Leiterbahnen durch eine Gehäusewand in das Gehäuse hinein. Solche Leiterbahnen werden häufig als Stanzgitter aus einem Metallband, z.B. aus einem mit Aluminium beschichteten Kupferband, vorgefertigt, in eine Spritzgießform eingelegt, in welcher ein Gehäu- seteil gespritzt wird, und auf diese Weise teilweise mit Kunststoff umspritzt. Pro¬ bleme ergeben sich daraus, daß Metalle und Kunststoffe sich im thermischen Ausdehnungskoeffizienten deutlich unterscheiden. Kupfer z.B. hat einen Ausdehnungskoeffizient von 17 x 10"6 /°K, thermoplastische Kunststoffe haben ty¬ pisch einen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 20 x 10"6 und 30 x 10"6 /°K. Bei Wärmebelastungen des Gehäuses, die nicht nur unter bestimmten Einsatzbedin¬ gungen auftreten können, sondern bereits während der Fertigung, insbesondere beim Aushärten von Klebstoffen und beim Verlöten von Bauelementen mit den eingespritzten Leiterbahnen, bauen sich im Kunststoff mechanische Spannungen auf. Durch die thermische Beanspruchung schiebt sich der Kunststoff über die metallischen Leiterbahnen hinweg. Es kommt dabei teilweise zu einem Ablösen des Kunststoffs vom Metall, was meist nicht weiter schlimm ist, da der Spalt eng genug ist, um hinreichende Dichtigkeit zu gewährleisten. Es kommt jedoch auch vor, daß der Kunststoff quer zur Leiterbahn einreißt, wodurch Zutritte zu dem Spalt zwischen der Leiterbahn und dem Kunststoff geschaffen werden, die Un¬ dichtigkeiten zur Folge haben.
Es ist Stand der Technik, durch geeignete Materialauswahl den Unterschied in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen Metall und Kunststoff möglichst klein zu halten sowie durch geeignete Form der Leiterbahnen die Spannungen zwischen ihnen und dem Kunststoff möglichst gering zu halten. Das führt jedoch nur teilwei¬ se zum Erfolg; einerseits sind die Materialien nicht frei wählbar, denn sie müssen ja noch weitere Forderungen hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit, Oberflächen- beschaffenheit, mechanischer Formstabilität, thermischer Formstabilität, Lö¬ sungsmittelbeständigkeit, Beständigkeit gegen öle und Fette, Alterungsbestän¬ digkeit und dergleichen erfüllen; andererseits haben thermoplastische Kunststof¬ fe, die zur Erhöhung der mechanischen und thermischen Stabilität mit Glasfasern gefüllt sind, meist einen anisotropen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß eine vollkommene Anpassung an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Lei¬ terbahn ohnehin nicht möglich ist.
Angesichts dieser Sachlage stellt sich die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, auf welche Weise man die Dichtigkeit solcher Gehäuse verbessern kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse mit den im Anspruch 1 angegebe¬ nen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß man die Neigung zur Bildung von Rissen, welche quer zu den Leiterbahnen in der Gehäusewand verlaufen, verrin¬ gern kann, wenn man den thermoplastischen Kunststoff, mit welchem die Leiter¬ bahnen umspritzt werden, danach auswählt, daß er eine möglichst hohe Biegefe¬ stigkeit hat. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, einen thermoplasti¬ schen Kunststoff auszuwählen, dessen Biegefestigkeit wenigstens 200 MPa, vor- zugsweise mehr als 250 MPa, beträgt. Solche hohen Werte für die Biegefestig¬ keit findet man insbesondere bei hochtemperaturfesten Thermoplasten wie PPS. Thermoplastische Hartkunststoffe auf der Basis von PPS sind deshalb bevorzugt. Als besonders geeignet hat sich glasgefülltes PPS erwiesen, welches von der Fir¬ ma PHILLIPS unter der Handelsbezeichnung RYTON R4XT erhältlich ist. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch eine Biegefestigkeit von 265 MPa aus, bestimmt nach ASTM D695-69. Besonders bevorzugt sind mit Glasfasern gefüllte Kunst¬ stoffe, in denen die Glasfasern möglichst isotrop verteilt sind, um eine Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden und gleichzeitig eine hohe Biegefestigkeit zu erreichen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man bei Auswahl eines thermoplasti¬ schen Kunststoffs mit hoher Biegefestigkeit sogar darauf verzichten kann, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffs an jenen der metalli¬ schen Leiterbahn anzupassen, und trotzdem dicht eingespritzte Leiterbahnen ge¬ währleisten kann.
Die beigefügte Zeichnung zeigt im Schnitt einen Teil einer Gehäusewand aus ei¬ nem formstabilen Kunststoff, in welchen eine Leiterbahn eingebettet ist, welche bereichsweise mit Kunststoff in einer Schichtdicke von nur 0,4 mm umspritzt ist. Bei Verwendung eines Kunststoffs mit einer Biegefestigkeit von 190 MPa konnten nach dem Auflöten von Bauelementen und nach dem Versiegeln des Gehäuses noch Undichtigkeiten infolge von Mikrorissen in der 0,4 mm dicken Kunststoff¬ schicht beobachtet werden. Bei Einsatz eines glasgefüllten PPS-Kunststoffs mit einer Biegefestigkeit von 265 MPa wurden solche Mikrorisse nicht mehr beobach¬ tet. Die Untersuchungen wurden durchgeführt an ölgefüllten Gehäusen für einen mikromechanischen Beschleunigungssensor.
PPS = Polyphenylensulfid

Claims

Ansprüche:
1. Zum Aufnehmen von elektronischen und/oder mikromechanischen Bauteilen bestimmtes Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff, in welches me¬ tallische Leiterbahnen hineinführen, die zu diesem Zweck in eine. Wand des Gehäuses eingespritzt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine Biegefestigkeit von wenig¬ stens 200 MPa hat.
2. Gehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ei- ne Biegefestigkeit von wenigstens 250 MPa hat.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein PPS ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein mit Glasfaser gefülltes PPS ist.
5. Gehäuse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunst¬ stoff auf PPS-Basis eine Biegefestigkeit von 265 MPa hat.
6. Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Glasfasern im Kunststoff keine oder nur eine geringe Anisotropie aufweist.
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